EP4103393A1 - Verfahren zum herstellen von faserverstärkten kunststoffteilen, fixierung mittels doppeslseitiger kebeschicht - Google Patents

Verfahren zum herstellen von faserverstärkten kunststoffteilen, fixierung mittels doppeslseitiger kebeschicht

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Publication number
EP4103393A1
EP4103393A1 EP21705876.7A EP21705876A EP4103393A1 EP 4103393 A1 EP4103393 A1 EP 4103393A1 EP 21705876 A EP21705876 A EP 21705876A EP 4103393 A1 EP4103393 A1 EP 4103393A1
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EP
European Patent Office
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adhesive layer
mold
segment
adhesive
force
Prior art date
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Pending
Application number
EP21705876.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Brzeski
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B29C70/543—Fixing the position or configuration of fibrous reinforcements before or during moulding
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    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/757—Moulds, cores, dies

Definitions

  • the invention relates to a method for producing fiber-reinforced plastic parts in a mold. It also relates to an adhesive layer for carrying out the method.
  • the wall thickness should preferably be designed to be as constant as possible from a structural point of view over the entire surface of the plastic part.
  • the wall thickening which is disadvantageous in terms of casting, it is preferable to cast in tear-resistant fibers as reinforcement in order to improve the dimensional accuracy of the end product and reduce production costs.
  • Handling the fibers is made easier by bundling them as a preliminary product in a separate machine and molding them with plastic to form a flexible band.
  • This fiber-reinforced plastic tape is then fixed in the correct position in segments in the mold.
  • the tape is covered with the liquid plastic on all of its surfaces facing into the mold, so that it is cast into the molded part and is integrated smoothly within its wall.
  • DE 100 12378 C2 describes that a plastic tape reinforced with carbon fibers is unwound from a roll in the desired length and the first end that has become free is positioned in the desired position within the injection mold by a robot arm , is pressed against the injection mold by a pressure roller and then cut off.
  • An electrical high-voltage generator is connected to the second end of the cast and electrically conductive carbon fiber.
  • the other pole of the high voltage generator is connected to the electrically conductive injection mold.
  • the high electrical voltage difference in the kilovolt range between the injection mold and the carbon fiber-reinforced plastic tape charges the plastic of the tape electrostatically, causing it to adhere to the surface of the injection mold.
  • This approach has the disadvantage that electrically conductive fibers or an electrically conductive polymer are required for the tape. Electrically non-conductive fibers or plastics cannot be used.
  • Another disadvantage is the complex electrical insulation of essential assemblies of the robot from its other components.
  • Another disadvantage is the required electrical insulation of the surface of the injection mold, for which this expensive component has to be coated very laboriously. In particular for small series and individual items, the method according to DE 100 12378 C2 can only be used with unreasonably high effort.
  • double-sided adhesive tapes are known from the current state of the art, which consist of an adhesive layer on a carrier film. They are unrolled - usually from a roll - and then applied to the desired location by applying pressure to the carrier film. In a second step, the carrier film is then peeled off from the adhesive layer.
  • the main disadvantage of this procedure is the considerable effort in terms of working time and devices when introducing the adhesive layer and the carrier film, when removing the carrier film before injection molding and when removing the adhesive layer after casting.
  • the invention has set itself the task of limiting the aforementioned disadvantages and for plastic parts that are to be produced in a mold, in particular by injection molding, extrusion or thermoforming, and partially reinforced in their mechanical strength by cast fibers to develop a universally applicable process that saves working time and material costs, is suitable for new as well as for existing systems and in which segments of fiber-reinforced plastic tapes as semi-finished products adhere flatly to the inner wall of the mold in the correct position, whereby this adhesion is so resilient, that it does not change or changes only slightly during the casting process and that the plastic tape adheres to the liquid plastic.
  • this object is achieved in that the adhesive force of the adhesive layer on the mold is greater than the adhesive force of the adhesive layer on the segment, so that the adhesive layer remains completely in the mold after a first segment has been lifted off and after the temperature of the adhesive layer has increased through the Contact with a molten plastic matrix, the remaining adhesive force of the adhesive layer is sufficient for the adherence of at least a second segment.
  • the adhesive layer is applied to the surface of the mold. If the adhesive does not bond with the introduced plastic at all, but only with the plastic of the segments of the flexible tape made of fiber-plastic composite material, then it can also be applied outside of the areas of the mold to be covered with the segments, e.g. by spraying or spraying . In this case, the adhesive does not chemically contaminate the workpiece. If the adhesive layer is only a few micrometers thick, then the geometry of the surface of the workpiece is not significantly affected in practice. But if the injected plastic reacts chemically with the adhesive layer, then the adhesive and the plastic must remain separate from each other.
  • the advantages of the method according to the invention include that - in contrast to the electrostatic fixing of the segments - the limit values of 25 ⁇ m for the surface roughness and 1 mm per 10 cm for the waviness, which should not be exceeded during electrostatic attachment, when fixing by means of an adhesive layer can be exceeded.
  • the segment separates the adhesive layer from the plastic introduced into the mold.
  • the marginal tiny contact on the side walls of the adhesive layer will be negligibly small in many practical applications.
  • a further development of the invention is that the associated adhesive layer is on a carrier film before it is introduced into the mold, the adhesive force of the adhesive layer on this carrier film being so low that the carrier film can be used as a mechanical carrier for the adhesive layer during the introduction , but is then peeled off the adhesive layer and the adhesive layer remains at least for the most part in the mold.
  • the adhesive layer can be applied to a carrier film in exactly the same shape as the segment and pressed onto the exact point on the mold to which the segments are then to be glued. If the flattening force of the adhesive layer on the carrier film is less than that on the mold, the carrier film can be removed and disposed of or reused after it has been inserted and pressed on. The adhesive layer then remains alone on the surface of the mold. It should be noted that the subsequent insertion of the segments must be relatively very precise so that no part of the adhesive layer reacts with the injected plastic.
  • the associated adhesive layer is already on the segment before it is introduced into the mold.
  • a segment is provided with an adhesive layer before it is inserted.
  • this adhesive layer can be covered with a protective film as transport protection, which must be removed before sticking.
  • this first segment is poured into liquid plastic and removed from the mold with the finished molded part, the adhesive layer remains in the mold according to the invention. If a next one, then the next but one and many more segments in a row are glued to this adhesive layer, they must they are positioned quite precisely if the adhesive layer is always to be completely covered by the segment.
  • the required positioning accuracy can be reduced by the fact that the adhesive layer covers only part of the area of the segment. It should be noted that the respective adhesive force must then still be sufficient.
  • the adhesive layer when the adhesive layer is at a distance from the edge of the segment, the front of the gush of liquid plastic that flows into the mold will no longer lift the edge region of the segment lying directly on the mold. As a result, the liquid plastic does not slide between the segment and the mold and therefore does not come into contact with the adhesive layer.
  • the adhesive strength of the adhesive layer decreases with each further use. If the segments can no longer be held and / or are displaced during injection, the old adhesive layer must either be covered with a fresh second adhesive layer, provided that the resulting double layer meets the requirements or the aged adhesive layer must be removed.
  • chemical treatment, burning, peeling, scraping, melting and wiping or suction can be used, or a tape to which the adhesive adheres better than to the mold.
  • a cleaning compound e.g. plastic
  • the adhesive layer must build up an adhesive force to the cleaning compound that is higher than the adhesive force between the adhesive layer and the mold. Then the cleaning compound is removed from the mold as a whole together with the adhesive.
  • the adhesive layer for carrying out the method according to the invention, the adhesive layer comprising two adhesive layers different adhesive force exists, wherein the adhesive layer facing the segment has a lower adhesive force than the adhesive layer facing the mold.
  • the adhesive layers are selected from the group of polymerization, polyaddition and polycondensation adhesives, solvent-based adhesives, dispersion adhesives, hot melt adhesives, contact adhesives and plastisols, and preferably from the group of permanently tacky hot melt adhesives.
  • a separating film is arranged between the two adhesive layers, which enables the two adhesive layers to be separated.
  • Segments with a thickness of up to 5 mm perpendicular to the mold are preferably incorporated.
  • the belt segments can be warped and / or curved to such an extent that the size of the remaining contact surfaces with the shape still ensures sufficient adhesive force.
  • An improved integration into the plastic part is supported by a bevel on the edge of 10 to 70 ° or a radius on the edge.
  • Figure 1 shows a section of an injection mold with glued therein
  • FIG. 2 shows a curved segment with an adhesive layer and protective film
  • FIG. 1 the corner part of an injection mold 2 is shown as a perspective detail, which serves to position a - dashed - drawn molded part F.
  • This molded part F is provided at the corner shown with a short, horizontally and to the left extending support column F1, which is formed in the cavity 21 of the injection mold 2.
  • the concavely curved transition from the trough 21 to the rear wall of the injection mold 2 is shown in FIG. 1 by hatching.
  • the support column F1 If forces act on the end of the support column F1 shown on the far left, which are aligned transversely to the longitudinal axis, the support column F1 is particularly stressed at its transition points to the remaining area of the molded part F. In order to avoid tearing of the plastic material in this critical connection zone of the support column F1 with the rest of the molded part F, five segments 1 of a flexible band made of fiber-plastic composite material are cast in in this exemplary embodiment.
  • the two segments 1 to be seen on the left are graphically cut, so that the fibers running therein approximately in the longitudinal direction of segment 1 are visible become.
  • the respective adhesive layers 3, which fix the two segments 1 on the inner surface of the injection mold 2, are also cut in the drawing.
  • FIG. 1 it is easy to understand that, before the molding of the molded part F, the segments 1 have to be fixed to the inner surface of the injection mold 2 with sufficient flattening force.
  • the flattening force must not only be sufficient for the segments 1 to remain in the required position with the required accuracy, but also to adhere to the surface of the injection mold 2 as large as possible, especially in curved areas, so that they can cope with the surge from the wave of the injected liquid Resist plastic for the molded part F.
  • adhesive layers 3 secure the flattening of the segments 1 on the injection mold 2. They are shown in FIG. 1 with a very large material thickness so that they can be recognized. In practice, however, they will only be a film that is so thin that it can hardly be seen as a separate layer, i.e. it does not leave a notch in the surface of the molded part F either.
  • Both adhesive layers 3 consist of permanently tacky hot-melt adhesives with different adhesive strengths, the adhesive layer facing segment 1 having a lower adhesive strength than the adhesive layer facing the injection mold 2.
  • the former is, for example, an adhesive layer based on thermoplastic rubber, while the latter is an adhesive made from synthetic rubber.
  • the configuration of the material of the adhesive layers required for this is state-of-the-art based on catalogs and technical data from the adhesive manufacturer, depending on the materials of the injection mold, the plastic of the fiber-reinforced segment and taking into account the selected maximum temperature for the processing process.
  • FIG. 1 shows the segments 1 can be fixed just as well on flat parts of the injection mold 2 as on curved parts.
  • the flexible segments 1 can also be arranged in a rotated manner.
  • larger reinforcements of the molded part F can be formed.
  • FIG. 2 shows the state shortly before the segment 1 is introduced into the injection mold 2, in which the protective film 4 is started to be peeled off.
  • a matrix made of polypropylene with a material thickness of 0.2 mm was introduced into an injection mold made of tool steel with a synthetic rubber coating on the surface as an adhesive layer.
  • the flattening force between the adhesive layer and the surface of the injection mold was 1.4 times greater than the flattening force between the adhesive layer and the segment.
  • the adhesive layer remained completely in the injection mold.
  • the flattening force between the adhesive layer and the injection mold then decreased, but was still a factor of 1.2 greater than the flattening force between the adhesive layer and the next segment glued into the injection mold.
  • the adhesive strength of the adhesive layer was no longer sufficient to glue another segment into the mold and to hold it there during the injection molding process. The adhesive layer then had to be removed from the mold.
  • F molded part is reinforced by pouring segments 1 into the injection mold 2 F1 support column on molded part F.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoffteilen in einer Form. Sie betrifft auch eine Klebeschicht für die Durchführung des Verfahrens. Um ein verbessertes Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoffen in einer Form zu schaffen, wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, dass die Haftungskraft der Klebeschicht auf der Form größer ist als die Haftungskraft der Klebeschicht auf dem Segment, sodass die Klebeschicht nach dem Abheben eines ersten Segmentes vollständig in der Form verbleibt und nach der Erhöhung der Temperatur der Klebeschicht durch den Kontakt mit einer geschmolzenen Kunststoffmatrix die verbliebene Haftungskraft der Klebeschicht für das Anhaften wenigstens eines zweiten Segmentes ausreichend ist. Es ist also die Kernidee der Erfindung, die mit relativ viel Aufwand in die Form eingebrachte Klebeschicht, die dann auch noch mit weiterem Aufwand aus der Form entnommen und entsorgt werden muss, nicht nur für einen einzigen Klebevorgang zu verwenden, sondern mehrfach. Zwar wird durch das erfindungsgemäße Prinzip der Aufwand für die Beschaffung der Klebeschicht, deren Einbringung in die Form, der Entnahme und der Entsorgung nicht verändert. Aber durch die Aufteilung auf zahlreiche Herstellungsvorgänge sinkt der Anteil des Gesamtaufwandes an jedem einzelnen Herstellungsvorgang dramatisch.

Description

BESCHREIBUNG
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON FASERVERSTÄRKTEN KUNSTSTOFFTEILEN, FIXIERUNG MITTELS DOPPESLSEITIGER KEBESCHICHT
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoffteilen in einer Form. Sie betrifft weiterhin eine Klebeschicht zur Durchführung des Verfahrens.
Auf aktuellem Stand der Technik werden sehr zahlreiche Formteile aus verflüssigtem Kunststoff in einer Form hergestellt, beispielsweise im Spritzguss-, Fließpress- oder Thermoformverfahren. Um den Kunststoff möglichst gleichmäßig, ohne Verspannungen und mit vorhersehbaren Schrumpfungen abzukühlen, ist vorzugsweise über die gesamte Fläche des Kunststoffteils hinweg die Wandstärke konstruktiv möglichst gleichbleibend zu gestalten. Für statisch oder durch die Funktion besonders belastete Bereiche des Formteils ist anstelle von den gusstechnisch nachteiligen Wandverdickungen als Verstärkung das Eingießen von reißfesten Fasern zu bevorzugen, um die Maßhaltigkeit des Endproduktes zu verbessern und die Produktionskosten zu reduzieren.
Das Hantieren der Fasern wird dadurch vereinfacht, dass sie als Vorprodukt in einer separaten Maschine gebündelt und durch Umgießen mit Kunststoff zu einem flexiblen Band geformt werden. Dieses faserverstärkte Kunststoffband wird dann segmentweise in der Form an der richtigen Stelle fixiert. Beim Einpressen von flüssigem Kunststoff in die Form wird das Band auf allen seinen in die Form hinein weisenden Flächen mit dem flüssigen Kunststoff bedeckt, wodurch es in das entstehende Formteil mit eingegossen ist und innerhalb dessen Wandung glattflächig integriert ist.
Aus der EP 3078475 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines mit mindestens einem Verstärkungselement verstärkten Formkörpers mittels Spritzgießen bekannt, wobei das Verstärkungselement stoffschlüssig mit dem Spritzgusswerkzeug verbunden wird, so dass beim anschließenden Spritzgießen das Verstärkungselement im Werkzeug fixiert ist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Imprägnierung eines endlosen, flachen Rovings mit einer Schmelze eines ersten thermoplastischen Polymers zu einem Faserbändchen,
- Bereichsweise Aufbringung mindestens eines Klebemittels auf dem Faserbändchen mit anschließendem Schmelzen des mindestens einen Klebemittels,
- Erkalten und Aushärten des Faserbändchens,
- Aufheizen des Spritzgusswerkzeugs auf eine Temperatur, die nicht niedriger als 20 K unterhalb des Schmelzpunktes des Klebemittels liegt,
- Einbringen des mindestens einen Faserbändchens in das Spritzgusswerkzeug, wobei zumindest ein Teil der mit Klebemittel beschichteten Bereiche des Faserbändchens mit mindestens einer temperierten Spritzgusswerkzeugwand in Kontakt gebracht werden,
- Spritzgießen eines zweiten thermoplastischen Polymers in das Werkzeug,
- Entnahme des mit mindestens einem Faserbändchen verstärkten Formkörpers aus der Spritzgussform.
Um die Segmente des Bandes innerhalb einer Spritzgussform zu fixieren, beschreibt die DE 100 12378 C2, dass ein mit Kohlefasern verstärktes Kunststoffband in gewünschter Länge von einer Rolle abgewickelt wird und das so freigewordene, erste Ende von einem Roboterarm an die gewünschte Position innerhalb der Spritzgussform positioniert, von einer Andruckrolle an die Spritzgussform angedrückt und dann abgeschnitten wird. An das zweite Ende der eingegossenen und elektrisch leitenden Kohlefaser wird ein elektrischer Hochspannungsgenerator angeschlossen. Der andere Pol des Hochspannungsgenerators wird mit der elektrisch leitenden Spritzgussform verbunden. Die hohe elektrische Spannungsdifferenz im Kilovoltbereich zwischen Spritzgussform und kohlefaserverstärktem Kunststoffband lädt den Kunststoff des Bandes elektrostatisch auf, wodurch er an der Oberfläche der Spritzgussform haftet. Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, dass elektrisch leitende Fasern oder ein elektrisch leitendes Polymer für das Band erforderlich sind. Elektrisch nicht leitfähige Fasern oder Kunststoffe sind nicht verwendbar.
Ein weiterer Nachteil sind die aufwendigen elektrischen Isolationen wesentlicher Baugruppen des Roboters gegen seine übrigen Komponenten. Nachteilig ist auch die erforderliche elektrische Isolation der Oberfläche der Spritzgussform, wofür dieses teure Bauteil sehr aufwändig beschichtet werden muss. Insbesondere für Kleinserien und Einzelstücke ist das Verfahren gemäß DE 100 12378 C2 nur mit unangemessen hohem Aufwand verwendbar.
Als Alternative zur vorgenannten elektrostatischen Fixierung der Segmente beschreibt Karl Steiner in seiner Dissertation 1995, Universität Kaiserslautern. VDI Fortschritt-Berichte, Reihe 2/Nr. 369, Düsseldorf: VDI-Verlag,1995, unter dem Titel "Einsatz einer robotergesteuerten Anlage zum Bandablegen von thermoplastischen Verbundwerkstoffen" das Aufkleben der Segmente von faserverstärkten Kunststoffbändern in Spritzgussformen. Dazu benutzte er sogenannte „doppelseitige Klebebänder“, an die er die Segmente anhaften ließ.
Als Nachteil nennt die DE 100 12378 C2 im Jahr 2000, dass das Aufbringen von Klebstoffen und Klebebändern die Oberfläche des Spritzgussteils verunreinigen könne. Diese Materialanhaftungen beinträchtigen z.B. eine anschließende Lackierung der Oberfläche.
Für das Aufbringen einer Klebeschicht ohne störende Verunreinigung sind auf aktuellem Stand der Technik die doppelseitigen Klebebänder bekannt, die aus einer Klebeschicht auf einer Trägerfolie bestehen. Sie werden - meist von einem Wickel - abgerollt und dann durch Druck auf die Trägerfolie auf die gewünschte Stelle aufgebracht. Anschließend wird in einem zweiten Arbeitsschritt die Trägerfolie von der Klebeschicht abgezogen. Der wesentliche Nachteil dieser Vorgehensweise ist der erhebliche Aufwand an Arbeitszeit und Vorrichtungen bei der Einbringung der Klebeschicht und der Trägerfolie, bei der Entfernung der Trägerfolie vor dem Spritzguss und bei der Entfernung der Klebeschicht nach dem Guss.
Nachteilig sind auch der Materialaufwand für die Trägerfolie und die Klebeschicht, sowie der Zeitaufwand und die Kosten für die Entsorgung dieser Hilfsmaterialien.
Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, die vorgenannten Nachteile einzuschränken und für Kunststoffteile, die in einer Form, insbesondere im Spritzgieß-, Fließpress- oder Thermoformverfahren, hergestellt und partiell durch eingegossene Fasern in ihrer mechanischen Belastbarkeit verstärkt werden sollen, ein einfaches, universell verwendbares sowie Arbeitszeit und Materialkosten sparendes Verfahren zu entwickeln, das für neue ebenso wie für bestehende Anlagen geeignet ist und bei dem Segmente von faserverstärkten Kunststoffbändern als Halbzeug an der Innenwand der Form in der korrekten Position flächig haften, wobei diese Haftung so belastbar ist, dass sie sich während des Gussvorganges nicht oder nur geringfügig verändert und sich das Kunststoffband mit dem flüssigem Kunststoff haftend verbindet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Haftungskraft der Klebeschicht auf der Form größer ist als die Haftungskraft der Klebeschicht auf dem Segment, sodass die Klebeschicht nach dem Abheben eines ersten Segmentes vollständig in der Form verbleibt und nach der Erhöhung der Temperatur der Klebeschicht durch den Kontakt mit einer geschmolzenen Kunststoffmatrix die verbliebene Haftungskraft der Klebeschicht für das Anhaften wenigstens eines zweiten Segmentes ausreichend ist.
Es ist also die Kernidee der Erfindung, die mit relativ viel Aufwand in die Form eingebrachte Klebeschicht, die dann auch noch mit weiterem Aufwand aus der Form entnommen und entsorgt werden muss, nicht nur für einen einzigen Klebevorgang zu verwenden, sondern mehrfach. Unter mehrfach wird hierbei eine 3-fache, 5-fache, 10-fache, 50-fache, 100-fache, vorzugsweise mehrhundertfache, insbesondere 150-fache, 200-fache, 300-fache oder 400-fache, Verwendung verstanden. Zwar wird durch das erfindungsgemäße Prinzip der Aufwand für die Beschaffung der Klebeschicht, deren Einbringung in die Form, der Entnahme und der Entsorgung nicht verändert. Aber durch die Aufteilung auf zahlreiche Herstellungsvorgänge sinkt der Anteil des Gesamtaufwandes an jedem einzelnen Herstellungsvorgang dramatisch.
Für das erfinderische Prinzip der Fixierung der Segmente in der Form durch Ankleben ist es nicht relevant, wie die Klebeschicht auf die Oberfläche der Form aufgebracht wird. Wenn sich der Klebstoff überhaupt nicht mit dem eingebrachten Kunststoff verbindet, sondern nur mit dem Kunststoff der Segmente des flexiblen Bandes aus Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffes, dann kann er auch außerhalb der mit den Segmenten abzudeckenden Bereiche der Form aufgetragen werden, z.B. durch Spritzen oder Sprühen. In diesem Fall verunreinigt der Klebstoff das Werkstück nicht chemisch. Wenn die Klebeschicht nur wenige Mikrometer stark ist, dann ist auch die Geometrie der Oberfläche des Werkstückes in der Praxis nicht nennenswert beeinflusst. Aber wenn der eingespritzte Kunststoff chemisch mit der Klebstoffschicht reagiert, dann müssen Klebstoff und Kunststoff voneinander getrennt bleiben.
Zu den Vorzügen des erfindungsgemäßen Verfahrens zählt, dass - im Unterschied zum elektrostatischen Fixieren der Segmente - die Grenzwerte von 25 pm für die Oberflächenrauigkeit und 1 mm pro 10 cm für die Welligkeit, die beim elektrostatischen Anheften nicht überschritten werden sollten, beim Fixieren durch eine Klebeschicht überschritten werden können.
Wenn die Klebeschicht die gleiche Fläche wie das Segment abdeckt, dann trennt das Segment die Klebeschicht vom in die Form eingebrachten Kunststoff. Der marginal winzige Kontakt an den Seitenwänden der Klebeschicht wird in vielen praktischen Anwendungsfällen vernachlässigbar gering sein. Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass sich die zugehörige Klebeschicht vor dem Einbringen in die Form auf einer Trägerfolie befindet, wobei die Klebekraft der Klebeschicht auf dieser Trägerfolie so gering ist, dass die Trägerfolie zwar während des Einbringens als mechanischer Träger für die Klebeschicht nutzbar ist, aber danach von der Klebeschicht abgezogen wird und dabei die Klebeschicht wenigstens zum größeren Teil in der Form verbleibt.
Für diese Fälle kann eine Trägerfolie in genau derselben Form wie das Segment mit der Klebeschicht beaufschlagt und an genau die Stelle der Form angedrückt werden, an die danach die Segmente angeklebt werden sollen. Wenn die Flaftungskraft der Klebeschicht auf der Trägerfolie geringer ist als auf der Form, so kann die Trägerfolie nach dem Einlegen und Andrücken entnommen und entsorgt oder wiederverwendet werden. Die Klebstoffschicht verbleibt dann alleine auf der Oberfläche der Form. Zu beachten ist, dass das spätere Einlegen der Segmente relativ sehr genau sein muss, damit kein Teil der Klebstoffschicht mit dem eingespritzten Kunststoff reagiert.
Alternativ ist es möglich, dass sich die zugehörige Klebeschicht schon vor dem Einbringen in die Form auf dem Segment befindet.
In dieser alternativen Ausführungsform wird ein Segment schon vor dem Einlegen mit einer Klebeschicht versehen.
Diese Klebeschicht kann in einerweiteren Ausführungsvariante als Transportschutz mit einer Schutzfolie abgedeckt werden, die vor dem Aufkleben entfernt werden muss. Wenn dann das beschichtete Segment in die Form eingelegt und daran angedrückt wird, so befinden sich Klebeschicht und Segment an genau der gleichen Stelle in der Form.
Wenn dieses erste Segment in flüssigen Kunststoff eingegossen und mit dem fertigen Formteil aus der Form entnommen wird, so bleibt erfindungsgemäß die Klebeschicht in der Form zurück. Wenn auf dieser Klebeschicht ein nächstes, dann ein übernächstes und viele weitere Segmente in Folge angeklebt werden, so müssen sie recht genau positioniert werden, wenn stets die Klebeschicht vollständig vom Segment abgedeckt werden soll.
Die erforderliche Positionierungsgenauigkeit kann dadurch reduziert werden, dass die Klebeschicht nur einen Teil der Fläche des Segmentes bedeckt. Zu beachten ist, dass dann die jeweilige Haftungskraft noch ausreichen muss.
Insbesondere dann, wenn die Klebeschicht vom Rand des Segmentes beabstandet ist, wird die Front des Schwalles aus flüssigem Kunststoff, die in die Form einströmt, den auf der Form direkt aufliegenden Randbereich des Segmentes nicht mehr anheben. Folglich schiebt sich der flüssige Kunststoff nicht zwischen Segment und Form und kommt deshalb auch nicht mit der Klebeschicht in Berührung.
Im Normalfall sinkt die Haftungskraft der Klebeschicht mit jeder weiteren Verwendung ab. Wenn die Segmente nicht mehr gehalten werden können und/ oder während des Einspritzens verschoben werden, so muss die alte Klebeschicht entweder mit einer frischen zweiten Klebeschicht überzogen werden, sofern die entstehende Doppel- Schicht den Anforderungen genügt oder die gealterte Klebeschicht muss entfernt werden. Zum Ablösen des Klebstoffes von der Form können eine Behandlung mit Chemikalien, ein Abbrennen, Abziehen, Abschaben, Schmelzen und Abwischen oder Absaugen genutzt werden oder ein Tape, an dem der Klebstoff besser haftet als an der Form.
Alternativ kann in die Form eine Reinigungsmasse (z.B. Kunststoff) eingespritzt werden. Dazu muss die Klebeschicht nach dem Abheben des letzten Segmentes eine Haftungskraft zur Reinigungsmasse aufbauen, die höher ist als die Haftungskraft zwischen der Klebeschicht und der Form. Dann wird die Reinigungsmasse zusammen mit dem Klebstoff als Ganzes aus der Form entnommen.
Erfindungsgemäß ist auch eine Klebeschicht zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wobei die Klebeschicht aus zwei Klebeschichten mit unterschiedlicher Haftkraft besteht, wobei die dem Segment zugewandte Klebeschicht eine geringere Haftkraft hat als die der Form zugewandte Klebeschicht. Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klebeschichten aus der Gruppe der Polymerisations-, Polyadditions- und Polykondensationsklebstoffe, lösungsmittelhaltigen Klebstoffe, Dispersionsklebstoffe, Schmelzklebstoffe, Kontaktklebstoffe und Plastisole, und bevorzugt aus der Gruppe der dauerklebrigen Schmelzklebstoffe ausgewählt sind.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass zwischen den beiden Klebeschichten eine Trennfolie angeordnet ist, die die Trennung der beiden Klebeschichten ermöglicht.
Es ist ein wesentlicher Vorteil des erfinderischen Prinzips, zur Verstärkung der Spritzgussteile standardmäßig als Halbzeug in gigantischen Längen produzierte, faserverstärkte Kunststoffbänder zu verwenden. Wenn diese Bänder relativ schmal sind, können durch das Zusammensetzen von mehreren kleineren Segmenten auch komplex geformte Verstärkungen verwirklicht werden.
Es werden bevorzugt Segmente mit einer Stärke von bis zu 5 mm senkrecht zur Form eingearbeitet. Die Bandsegmente können soweit verzogen und/oder gekrümmt sein, dass die Größe der verbleibenden Kontaktflächen zur Form noch eine ausreichende Haftungskraft sicherstellt. Eine verbesserte Integration in das Kunststoffteil wird durch eine Fase am Rand von 10 bis 70° oder einen Radius an der Kante unterstützt.
Es ist das Verdienst dieser Erfindung, das seit langem bekannte Prinzip der Klebung so zu definieren, dass auch bei mehrfacher Verwendung der Klebeschicht die Haftung der Bandsegmente am Spritzgusswerkzeug so groß ist, dass sie im Spritzgussprozess gar nicht oder maximal nur um eine definierte Abweichung verrutschen und im Endprodukt exakt positioniert werden und dabei auch optimal mit dem Spritzgussprodukt verbunden sind. Diese Verbindung ist dadurch ausgezeichnet, dass die Oberfläche des Endprodukts so glatt ist, dass keine Kante zum Segment spürbar ist und es keinen Verzug gibt. Die Bandsegmente können kaum mehr vom Endprodukt gelöst werden.
Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dieses soll die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
Figur 1 ein Ausschnitt einer Spritzgussform mit darin eingeklebten
Segmenten eines flexiblen Bandes aus Faser- Kunststoff- Verbundwerkstoff
Figur 2 ein gekrümmtes Segment mit Klebeschicht und Schutzfolie
In Figur 1 ist als perspektivischer Ausschnitt das Eckteil einer Spritzgussform 2 dargestellt, die zur Fierstellung eines - gestrichelt - eingezeichneten Formteiles F dient. Dieses Formteil F ist an der dargestellten Ecke mit einer kurzen, sich waagerecht und nach links erstreckenden Tragsäule F1 versehen, die in der Mulde 21 der Spritzgussform 2 geformt wird. Von der Mulde 21 ist in Figur 1 der konkav gewölbte Übergang zur Rückwand der Spritzgussform 2 durch eine Schraffur dargestellt.
Wenn auf das ganz links dargestellte Ende der Tragsäule F1 Kräfte einwirken, die quer zur Längsachse ausgerichtet sind, so wird die Tragsäule F1 an ihren Übergangsstellen zum übrigen Bereich des Formteils F besonders belastet. Um in dieser kritischen Verbindungszone der Tragsäule F1 mit dem übrigen Formteil F ein Reißen des Kunststoffmaterials zu vermeiden, werden in diesem Ausführungsbeispiel fünf Segmente 1 eines flexiblen Bandes aus Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoff mit eingegossen.
Davon sind die beiden links zu sehenden Segmente 1 zeichnerisch geschnitten, so dass die darin etwa in Längsrichtung des Segmentes 1 verlaufenden Fasern sichtbar werden. Ebenfalls zeichnerisch geschnitten sind die jeweiligen Klebeschichten 3, die die beiden Segmente 1 auf der Innenfläche der Spritzgussform 2 fixieren.
In Figur 1 ist gut nachvollziehbar, dass vor dem Guss des Formteiles F die Segmente 1 mit ausreichender Flaftungskraft an der Innenfläche der Spritzgussform 2 fixiert werden müssen. Die Flaftungskraft muss nicht nur dafür ausreichen, dass die Segmente 1 mit der gebotenen Genauigkeit in der erforderlichen Position verbleiben, sondern dabei auch möglichst großflächig an der Oberfläche der Spritzgussform 2 haften, insbesondere in gekrümmten Bereichen, damit sie dem Schwall aus der Welle des eingespritzten flüssigen Kunststoffes für das Formteil F standhalten.
Zu diesen Zwecken sichern Klebeschichten 3 die Flaftung der Segmente 1 an der Spritzgussform 2. Sie sind in Figur 1 mit einer sehr großen Materialstärke eingezeichnet, damit sie erkennbar sind. In der Praxis werden sie jedoch nur ein Film sein, der so dünn ist, dass er kaum als separate Schicht erkennbar ist, also auch keine Kerbe in der Oberfläche des Formteils F hinterlässt. Beide Klebeschichten 3 bestehen aus dauerklebrigen Schmelzklebstoffen mit unterschiedlicher Haftkraft, wobei die dem Segment 1 zugewandte Klebeschicht eine geringere Haftkraft hat als die der Spritzgussform 2 zugewandte Klebeschicht. Bei ersterer handelt es sich beispielsweise um eine Klebeschicht auf Grundlage von thermoplastischem Kautschuk, bei zweiter um einen Klebstoff aus synthetischem Kautschuk. Die dafür erforderliche Konfiguration des Werkstoffes der Klebeschichten ist auf aktuellem Stand der Technik erfolgt anhand von Katalogen und technischen Daten der Klebstoffhersteller in Abhängigkeit von den Materialien der Spritzgussform, dem Kunststoff des faserverstärkten Segmentes sowie unter Berücksichtigung der gewählten maximalen Temperatur für den Verarbeitungsvorgang.
In Figur 1 ist gut zu erkennen, dass die Segmente 1 auf ebenen Teilen der Spritzgussform 2 ebenso gut fixiert werden können, wie auf gewölbten Teilen. Insbesondere können die flexiblen Segmente 1 auch in sich verdreht angeordnet werden. Durch die Applikation von mehreren, benachbarten Segmenten 1 können größere Verstärkungen des Formteils F gebildet werden. In Figur 2 ist ein Segment 1 dargestellt, dass bereits so gekrümmt ist, wie es für die Aufbringung auf einer konvexen Wölbung der Spritzgussform 2 erforderlich ist. Es ist an seiner zur Spritzgussform 2 weisenden Seite mit einer Klebeschicht 3 versehen. Damit diese nicht vor dem Aufkleben berührt und dadurch unbrauchbar wird, ist sie mit einer Schutzfolie 4 abgedeckt. In Figur 2 ist der Zustand kurz vor dem Einbringen des Segmentes 1 in die Spritzgussform 2 gezeigt, bei dem damit begonnen wird, die Schutzfolie 4 abzuziehen.
Für praktische Versuche wurde in eine Spritzgussform aus Werkzeugstahl mit einer synthetischem Kautschuk Beschichtung der Oberfläche als Klebeschicht eine Matrix aus Polypropylen mit einer Materialstärke von 0,2 mm eingebracht. Ein Segment eines Kunststoffbandes aus PP, das mit zahlreichen Fasern aus Kohlenstoff verstärkt war, wurde in der Spritzgussform auf der Klebeschicht fixiert und in die Oberfläche eines Formteils aus glasfaserverstärktem Polypropylen eingespritzt. Vor dem ersten Spritzvorgang war die Flaftungskraft zwischen der Klebeschicht und der Oberfläche der Spritzgussform um den Faktor 1,4 größer als die Flaftungskraft zwischen der Klebeschicht und dem Segment. Nach dem ersten Spritzguss mit einer Temperatur von 235 Grad und der Entnahme des fertigen Formteils mitsamt dem daran angegossenen Segment blieb die Klebeschicht vollständig in der Spritzgussform zurück. Die Flaftungskraft zwischen Klebeschicht und Spritzgussform sank danach ab, war aber immer noch um den Faktor 1 ,2 größer als die Flaftungskraft zwischen der Klebeschicht und dem nächsten, in die Spritzgussform eingeklebten Segment.
Mit jedem weiteren Spritzguss und jedem weiteren, neu in die Spritzgussform eingeklebten Segment des Bandes aus Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff sanken die absoluten Werte der Flaftungskräfte um 2 Prozent, aber die jeweilige Flaftungskraft zwischen Spritzgussform und Klebeschicht war noch immer größer als die Flaftungskraft zwischen Klebeschicht und Segment. Dabei war die letztgenannte Flaftungskraft für insgesamt 75 Spritzvorgänge nicht nur ausreichend, um das jeweils neue Segment vor dem Spritzguss in der Form zu halten, sondern es auch während des Spritzgusses nicht verrutschen zu lassen. Für die 24 nächsten Spritzgussvorgänge wurde das aufgeklebte Segment nur um jeweils bis zu 1 mm, also etwa 8 Prozent der Breite des Bandes verschoben.
Nach bis zu 400 Spritzgussvorgängen reichte die Haftungskraft der Klebeschicht nicht mehr aus, um ein weiteres Segment in die Form einzukleben und es dort auch während des Spritzgusses definiert zu halten. Die Klebeschicht musste dann aus der Form entfernt werden.
Bezugszeichenliste
F Formteil, wird durch Eingießen von Segmenten 1 in der Spritzgussform 2 verstärkt F1 Tragsäule am Formteil F
1 Segment eines flexiblen Bandes aus Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoff
2 Spritzgussform für Formteil F
21 Mulde in der Spritzgussform 2 zur Formung der Tragsäule F1
3 Klebeschicht zwischen Spritzgussform 2 und Segment 1
4 Schutzfolie 4 auf Klebeschicht 3

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoffteilen in einer Form, wobei ein Segment (1) eines flexiblen Bandes aus Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoff an der Oberfläche der Form (2) durch eine Klebeschicht (3) zwischen dem Segment (1 ) und der Form (2) fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftungskraft der Klebeschicht (3) auf der Form (2) größer ist als die Haftungskraft der Klebeschicht (3) auf dem Segment (1), sodass die Klebeschicht (3) nach dem Abheben eines ersten Segmentes (1) vollständig in der Form (2) verbleibt und nach der Erhöhung der Temperatur der Klebeschicht (3) durch den Kontakt mit einer geschmolzenen Kunststoffmatrix die verbliebene Haftungskraft der Klebeschicht (3) für das Anhaften wenigstens eines zweiten Segmentes (1) ausreichend ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die zugehörige Klebeschicht (3) vor dem Einbringen in die Form (2) auf einer Trägerfolie befindet, wobei die Klebekraft der Klebeschicht (3) auf dieser Trägerfolie so gering ist, dass die Trägerfolie zwar während des Einbringens als mechanischer Träger für die Klebeschicht (3) nutzbar ist, aber danach von der Klebeschicht (3) abgezogen wird und dabei die Klebeschicht (3) wenigstens zum größeren Teil in der Form (2) verbleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die zugehörige Klebeschicht (3) schon vor dem Einbringen in die Form (2) auf dem Segment (1) befindet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zugehörige Klebeschicht vor dem Einbringen in die Form (2) durch eine Schutzfolie (4) abgedeckt ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zugehörige Klebeschicht (3) nur einen Teil der Fläche des Segmentes (1) bedeckt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zugehörige Klebeschicht (3) allseits vom Rand des Segmentes (1) beabstandet ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zugehörige Klebeschicht (3) nach dem Abheben des Segmentes (1) und nach dem Einspritzen einer Reinigungsmasse in die Form (2) eine Flaftungskraft zur Reinigungsmasse aufbaut, die höher ist als die Flaftungskraft zwischen der Klebeschicht (3) und der Form (2).
8. Klebeschicht (3) zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschicht (3) aus zwei Klebeschichten mit unterschiedlicher Haftkraft besteht, wobei die dem Segment (1) zugewandte Klebeschicht eine geringere Haftkraft hat als die der Form (2) zugewandte Klebeschicht.
9. Klebeschicht (3) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschichten (3) aus der Gruppe der Polymerisations-, Polyadditions- und Polykondensationsklebstoffe, lösungsmittelhaltigen Klebstoffe, Dispersionsklebstoffe, Schmelzklebstoffe, Kontaktklebstoffe und Plastisole, und bevorzugt aus der Gruppe der dauerklebrigen Schmelzklebstoffe ausgewählt sind.
10. Klebeschicht nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Klebeschichten eine Trennfolie angeordnet ist, die die Trennung der beiden Klebeschichten ermöglicht.
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